WO2013187309A1

WO2013187309A1 - レドームを備えるレーダ装置

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Publication number: WO2013187309A1
Application number: PCT/JP2013/065710
Authority: WO
Inventors: 晶久藤田; 浩一星野
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2013-12-19
Also published as: US20150123872A1; JP2013257275A; JP5953969B2; US9502760B2

Abstract

　アンテナ部６０は、レドーム２０とハウジング１０とで形成された収容空間１８に収容され、予め定められた周波数の電波からなるレーダ波の送信を行う送信アンテナ６４及び受信を行う受信アンテナ６６を有する。レドーム２０は、レーダ波を透過させる部位である透過部３２、及びレーダ波を減衰させる部位である減衰部３１を有する。減衰部は、レーダ波を減衰させる材料で形成された第１減衰層４１、４３を備える。第１減衰層４１、４３は、該第１減衰層４１、４３内でのレーダ波の波長の四分の一を２ｎ－１倍（但しｎは自然数）した厚さを有する。

Description

レドームを備えるレーダ装置

　本開示は、アンテナ及び該アンテナを保護するレドームを備えるレーダ装置に関する。

　レーダ装置は、電波を送信し、送信した電波の反射波を受信することによって周囲に存在する障害物との距離や方向等を検出する装置である。レーダ装置に備えられているアンテナはレドームによって保護されている。

　例えば、特開２００３－２４３９２０号公報では、この様なレドームとして、減衰レドーム部を備えたレーダ装置を開示している。該減衰レドーム部は、アンテナにより送受信される電波に対して高損失を与える材料で形成されたコア層を有している。

特開２００３－２４３９２０号公報

　しかしながら、上記減衰レドーム部が設けられている部位では、コア層の厚さに比例して電波の遮蔽率が増加する。このため、十分な遮蔽効果を得るためにはコア層を厚く形成する必要があり、小型化及び軽量化の妨げとなる虞がある。

　本開示は、こうした問題に鑑みなされたものであり、効率よく電波を遮蔽可能なレーダ装置を提供する。

　本開示のレーダ装置はレドームとアンテナとを備え、レドームは透過部と減衰部とを有している。減衰部は、レーダ波を減衰させる材料で形成された第１減衰層を少なくとも備え、該第１減衰層は、該第１減衰層内でのレーダ波の波長の四分の一を（２ｎ－１）倍（但しｎは自然数）した厚さを有している。

　このように構成された本開示のレーダ装置では、アンテナからレドームを介してレーダ波を送信する場合、減衰部にて、第１減衰層をそのまま透過して外部へ送信される送信波と、第１減衰層での多重反射後に該第１減衰層を透過して外部へ送信される送信波とは、第１減衰層内でのレーダ波の波長の二分の一の整数倍の経路差があり、二分の一波長だけ位相がずれたものとなる。このため、両送信波は互いに打消しあうように作用し、減衰部を経て送信されるレーダ波を減衰させることができる。

　レーダ波を受信する場合は、同様に、第１減衰層をそのまま透過した受信波と、第１減衰層での多重反射後に該１減衰層を透過した受信波とが、互いに打ち消し合うように作用する。

　従って、本開示のレーダ装置では、減衰部を構成する材質によってレーダ波を減衰させるだけでなく、減衰部を単純に透過する単純透過波と、減衰部での多重反射後に該減衰部を透過する多重反射波とが打消し合うような構成を有しているため、電波を効率よく遮蔽することができる。

第一実施形態のレーダ装置を示す斜視図である。図１のＩＩ－ＩＩ線の断面を矢印方向から見た構成を示す説明図である。不要波の経路を示す説明図である。第二実施形態のレーダ装置を示す説明図ある。第三実施形態のレーダ装置を示す説明図である。第四実施形態のレーダ装置を示す説明図である。

　以下に本開示の実施形態を図面と共に説明する。
　本開示は、車両に搭載されるレーダ装置に適用される。
　＜第一実施形態＞
　＜構成＞
　図１に示すように、第一実施形態のレーダ装置１は、ハウジング１０及び該ハウジング１０と対になるレドーム２０を備え、略直方体に形成されている。レドーム２０は、図２に示すように、有底筒状に形成されており、底部に形成されている透過部３２と、透過部３２の周囲を囲む様に形成されている減衰部３１とからなる。

　ハウジング１０及びレドーム２０により形成される収容空間１８には、予め定められた周波数ｆ０の電波（以下、レーダ波と称する）を送信し、物標からのレーダ波の反射波を受信することで、車両の周囲に存在する物標を認識するレーダ部５０が収容されている。ここではレーダ部５０の詳細な説明については省略するが、レーダ部５０は少なくともアンテナ部６０を有している。

　アンテナ部６０はアンテナ基板６２から成り、アンテナ基板６２は、一方の面が透過部３２の収容空間１８を形成する側の面（以下、上底面と称する）と対向するように、配置されている。上底面と対向するアンテナ基板６２の面には、送信アンテナ６４及び受信アンテナ６６がアレイアンテナとして形成されている。以下では、両アンテナが形成されている面をアンテナ形成面と称し、両アンテナが形成されている領域をアンテナ開口面と称する。

　アンテナ部６０は、送信アンテナ６４の指向性と受信アンテナ６６の指向性とを合成した性能（合成指向性）を有している。この合成指向性は、アンテナ開口面に対して法線方向（図２の矢印ａの方向）に延びており、この法線方向について対称な形状となっている。以下では、法線方向ａをアンテナ部６０のビーム方向ａと称する。

　つまり、レドーム２０のうち、透過部３２は法線方向ａすなわちビーム方向ａに位置する部位であり、減衰部３１は合成指向性の範囲から外れた方向に位置する部位である。なお、ビーム方向ａは図１に示すｚ座標の方向に相当する。

　図２に戻り、ここで透過部３２は、低損失でレーダ波を透過させる材料である透過材で形成されている。透過部３２の厚さｔ０は、（１）式に示すように、透過材中を伝播するレーダ波の波長の二分の一の値に設定されている。

　λ０は自由空間を伝播するレーダ波の波長であり、ε１は透過材の誘電率を表している。
　一方、減衰部３１は、透過部３２と同じ透過材で形成されている透過層４２と、該透過層４２の収容空間１８側に減衰材で形成されている減衰層４１と、透過層４２の外部側に減衰層４１と同じ減衰材で形成されている減衰層４３とを有する。つまり、減衰部３１は、透過層４２を減衰層４１及び４３で挟んだ三層構成となっている。

　減衰材とは、透過材とは誘電率が異なり、かつ高損失でレーダ波を透過させる材料であり、透過材の誘電正接（ｔａｎδ）をＡ１とし、減衰材の誘電正接をＡ２とすると、Ａ１≪Ａ２である。

　ここで特に、減衰層４１、４３の厚さｔ１、ｔ３は、（２）式に示すように、減衰材中を伝播するレーダ波の波長の四分の一を２ｎ－１倍（但しｎは自然数）した値に設定されている。また、透過層４２の厚さｔ２は、（３）式に示すように、透過材中を伝播するレーダ波の波長の四分の一を２ｎ－１倍（但しｎは自然数）した値に設定されている。

　ε２は減衰材の誘電率を表している。ｎは自然数である。
但しここでは、ｎ＝１として、減衰層４１、４３及び透過層４２の厚さを設定している。つまり、ｔ１、ｔ３は減衰材中を伝播するレーダ波の波長の四分の一の値に設定され、ｔ２は透過材中を伝播するレーダ波の波長の四分の一の値に設定されている。

　レドーム２０は、例えば、二色成形法により形成されている。具体的には、まず減衰材を型に充填して、コの字の断面を有し向かい合う壁の厚さがｔ１（＝ｔ３）となる溝状のものを略長方形状に形作る一次成形を行う。これにより、厚さｔ１の向かい合う壁となるように成形された部位が、減衰層４１、４３となる。次に、この一次成形品を別の型に移し、減衰層４１と減衰層４３との間に透過材を充填して減衰部３１を形成し、型に合わせて透過材を引き続き充填して透過部３２を形成し、減衰層４１、４３に透過層４２が一体化したレドーム２０を二次成形品として成形する。

　また、アンテナ基板６２は、ビーム方向ａを上下方向として、上面（アンテナ形成面（位置Ｐ））が、減衰部３１の減衰層４１の下端（位置Ｑ）より上に位置するように、収容空間１８に配置されている。

　＜作用＞
　次に、図３に示すように、レーダ波がアンテナ部６０からレドーム２０を経てレーダ装置１外部へ送信される場合を例にとって、レーダ装置１の作用を説明する。

　レーダ装置１では、外部へ送信されるレーダ波は、減衰層４１及び減衰層４３を透過する際に減衰する。また、減衰の割合は減衰層４１、４３を通過する場合に比べるとかなり小さいものの、レーダ波は、透過層４２を透過する際に減衰する。

　さらに、レーダ装置１では、減衰層４１、４３及び透過層４２での反射によって、外部へ送信されるレーダ波に経路差が生じるため、外部へ送信されるレーダ波の位相が異なる。外部へ送信されるレーダ波の経路は幾つか考えられるが、例として、減衰層４１、透過層４２、減衰層４３の順に、いずれの層においても反射されること無く送信される経路を第１経路７１とする。また、減衰層４１と透過層４２との境界で反射され、減衰層４１と収容空間１８の空気層との境界で反射され、この後、減衰層４１、透過層４２、減衰層４３の順に送信される経路、すなわち減衰層４１の両側の境界で反射される経路を第２経路７２とする。

　さらにまた、透過層４２と減衰層４３との境界で反射され、さらに透過層４２と減衰層４１との境界で反射され、この後、透過層４２及び減衰層４３を透過し送信される経路、すなわち透過層４２の両側で反射される経路を第３経路７３とする。また、減衰層４１、透過層４２と透過し、減衰層４３と外部との境界で反射され、減衰層４３と透過層４２との境界で反射され、この後、減衰層４３を透過し送信される経路、すなわち減衰層４３の両側で反射される経路を第４経路７４とする。

　ここで、第１経路７１を経て外部へ送信されるレーダ波（以下、単純透過波と称する）と、第２経路７２、第３経路７３、第４経路７４を経て外部へ送信されるレーダ波（以下、多重反射波と称する）とでは、それぞれ減衰層４１、透過層４２及び減衰層４３におけるレーダ波の二分の一波長の経路差があり、二分の一波長だけ位相がずれたものとなる。このため、単純透過波と多重反射波とは、互いに打消しあうように作用する。

　なお、ここでは第１経路７１～第４経路７４について例を挙げて説明したが、その他種々の経路においても、経路差が波長の二分の一の値である場合、または波長の二分の一に波長の整数倍を加えた値である場合に、これらのレーダ波同士が互いに打ち消し合う。

　つまり、レーダ装置１は、減衰部３１を経て外部へ送信されるレーダ波を、減衰層４１、４３及び透過層４２で減衰させるとともに、経路差を利用して打ち消している。
　＜効果＞
　以上説明したように、本実施形態のレーダ装置１では、アンテナ部６０の合成指向性の範囲から外れた方向に設けられている減衰部３１が、材質によってレーダ波を減衰させるだけでなく、単純透過波と多重反射波とを打ち消し合わせる構成を有しているため、電波を効率よく遮蔽することができる。従って、アンテナの合成指向性の範囲から外れた方向での送信波または受信波を不要波として、該不要波を減衰させ、レーダ装置の特性を向上させることができる。

　また、減衰部３１を三層構成としているため、減衰部を一つの減衰層からなる単層構成とする場合に比べて、レドーム２０の強度を向上させることができる。
　さらにまた、透過層４２は透過部３２を形成する材料と同じ材料によって形成されているため、二色成形によりレドーム２０を簡易に形成することができる。また、誘電体中での波長短縮効果により、減衰層４１、４３、すなわち減衰部３１を薄く形成することができるため、結果として、レーダ装置１を小型化することができる。

　＜請求項との対応＞
　本実施形態におけるアンテナ部６０が特許請求の範囲における「アンテナ」に相当し、減衰部３１が特許請求の範囲における「減衰部」に相当し、減衰層４１、４３が「第１減衰層」に相当し、透過層４２が特許請求の範囲における「第２減衰層」に相当する。また、送信アンテナ６４及び受信アンテナ６６が形成されている領域が特許請求の範囲における「開口面」に相当する。

　＜第二実施形態＞
　上記実施形態では、図４に示すように、第二実施形態のレーダ装置２では、レドーム２２の減衰部３３が二層構成となっている点が上記実施形態とは異なる。以下の実施形態では、上記実施形態と異なる構成について主に説明する。また、図にて上記実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

　レドーム２２は、上記実施形態のレドーム２０の減衰部３１から減衰層４３を除いた形状となっており、減衰層４１及び透過層４２からなる。これに伴って、減衰部３３は上記実施形態の減衰部３１より薄くなり、ハウジング１２は減衰部３３に合わせた厚さに形成されている。

　このように構成されたレーダ装置２は、構造が簡単であるため、容易に製造することができる。
　＜第三実施形態＞
　第三実施形態のレーダ装置３では、図５に示すように、レドーム２３が、減衰部３５に導電層４７を備えている点が異なる。導電層４７は、減衰層４１と透過層４２との間に設けられ、金属製の薄膜からなる。

　これによると、導電層４７は電波を透過させないため、減衰部３５での不要波の受信及び送信を抑制することができる。
　さらに、送信時には、減衰層４１と収容空間１８との境界からの反射波と、減衰層４１と導電層４７との境界からの反射波とが互いに打ち消し合うため、レーダ装置３内部（収容空間１８）での不要波を低減することができる。

　なお、本実施形態における導電層４７が特許請求の範囲における「第３減衰層」に相当する。
　＜第四実施形態＞
　第四実施形態のレーダ装置４では、図６に示すように、減衰部３７の構成が上記実施形態とは異なる。減衰部３７は、減衰層４３からなる単層構成であり、これ伴い、ハウジング１４は減衰層４３に合わせた厚さに形成されている。

　減衰層４３は、有底筒状に形成されたレドーム２４の側壁に相当する壁部４５と、透過部３２に沿うようにして壁部４５からレドーム２４の中央へ延びて形成されている上面部４６とからなる。つまり、本実施形態では、透過部３２の周囲に沿って、減衰部３７が形成されている。透過部３２は、レドーム２４のうち、アンテナ開口面を法線方向（ビーム方向）ａに投影した部位に相当している。

　ここで、透過部３２のうち減衰部３７と重ならない部位は、アンテナ開口面を上記法線方向に投影した部位より中央側に位置している。さらに、透過部３２のうち減衰部３７と重ならない部位の面積Ｒは、アンテナ開口面積Ｓより小さくなる（Ｒ＜Ｓ）ように形成されている。

　このように構成されたレーダ装置４は、アンテナ部６０の合成指向性の範囲から外れた領域の不要波に対する遮蔽効果をより向上させることができる。
　＜他の実施形態＞
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲にて様々な態様で実施することが可能である。

　（イ）レドームの減衰部は、上記実施形態では、第１減衰層を備える単層構成、第１減衰層と第２減衰層とを備える二層構成、及び複数の第１減衰層と単数の透過層からなる三層構成であったが、これに限るものではない。単数の第１減衰層と複数の第２減衰層及び誘電層による三層構成であってもよいし、第１減衰層と第２減衰層とを交互に複数層積層した構成であってもよい。

　（ロ）導電層は、上記実施形態では金属膜で構成されていたが、これに限るものではない。
　（ハ）上記実施形態では、アンテナ部６０のビーム方向ａは、アンテナ基板６２のアンテナ形成面の法線方向であったが、アンテナ部のビーム方向はこれに限るものではなく、任意に設定してよい。また、アンテナ部６０の合成指向性の範囲は、上記実施形態ではビーム方向ａについて対象であったが、これに限るものではなく任意に設定してよい。ここで、レドームは、レーダ波を透過させたい部位（合成指向性の範囲に位置する部位）が透過部として構成され、レーダ波を透過させたくない部位（合成指向性の範囲から外れた方向に位置する部位）が減衰部として構成されていればよい。

　（ニ）上記実施形態では、減衰層４１、４３及び透過層４２の厚さを式（２）、（３）にてｎ＝１とした値に設定していたが、これに限るものではない。減衰層及び透過層の厚さは、ｎを任意に定めた値（自然数）に設定してよい。また、少なくとも一つの減衰層が式（２）を満たす値に設定されていれば、減衰部を構成する他の層を任意の厚さに設定してもよい。

　（ホ）上記実施形態では、レドームは二色成形法により形成されていたが、これに限るものではない。例えば、射出成形などにより減衰層及び透過層を個別に形成した後、これらを接着剤で接着することによりレドームを形成してもよい。または、減衰層及び透過層を個別に形成した後、これらを熱圧着により一体化させてもよい。あるいは、減衰層及び透過層を個別に形成した後、溝等を設けることにより、はめ込み式で一体化させてもよい。

　（ヘ）レーダ装置は、車両に搭載されるものであって、車両のいずれの部位に取り付けられるものであってもよい。そして、レーダ装置のビーム方向に位置する車体の一部を透過材によって形成し、かつ、ビーム方向から外れた方向に位置する車体の一部を減衰材によって形成し、これらが上記実施形態のレドームを兼ねるように構成してもよい。

　例えば、車両のバンパーに設けられたエンブレムの裏側（車両側）に、該エンブレムの大きさより小さい外形のレーダ装置を取り付ける場合であれば、ビーム方向に位置するエンブレムを透過材によって形成し、かつ該エンブレムの裏側から車両側に延びる壁部を、該エンブレムの外縁に沿って減衰材により形成してもよい。ここで、壁部の厚さは、減衰材でのレーダ波の波長の四分の一を２ｎ－１倍（但し、ｎは自然数）した値とする。すなわち、この様に透過材と減衰材とによって形成されたエンブレムがレーダ装置のレドームを兼ねるように構成してもよい。

　また例えば、車室内に設けられたルームミラーの内部（鏡の裏側）にレーダ装置を取り付ける場合であれば、ルームミラーの背面（鏡が取り付けられている筐体）のうち、ビーム方向に位置する部位を透過材によって形成し、ビーム方向から外れた方向に位置する部位を減衰材によって形成してもよい。ここで、ビーム方向から外れた方向に位置する部位の厚さは、減衰材でのレーダ波の波長の四分の一を２ｎ－１倍（但し、ｎは自然数）した値とする。すなわち、この様に透過材と減衰材とによって形成されたルームミラーの背面が、レーダ装置のレドームを兼ねるように構成してもよい。

　なお、上述の様に、レーダ装置が取り付けられる場所、及びレーダ装置の外形の大きさはこれらに限るものではなく、また、レーダ装置のレドームの一部を兼ねさせる車体の一部としては、種々の態様が考えられる。

　１、２、３、４・・・レーダ装置　２０、２２、２３、２４・・・レドーム　３１・・・減衰部　３２・・・透過部　３３、３５、３７・・・減衰部　４１・・減衰層　４２・・・透過層　４３・・・減衰層　４７・・・導電層

Claims

　予め定められた周波数の電波からなるレーダ波の送信及び受信のうち少なくとも一方を行うアンテナ（６０）と、
　前記レーダ波を透過させる部位である透過部（３２）、及び前記レーダ波を減衰させる部位である減衰部（３１、３３、３５、３７）を有するレドーム（２０、２２、２３、２４）と、
　を備え、
　前記減衰部は、前記レーダ波を減衰させる材料で形成された第１減衰層（４１、４３）を少なくとも備え、
　前記第１減衰層は、該第１減衰層内での前記レーダ波の波長の四分の一を２ｎ－１倍（但しｎは自然数）した厚さを有することを特徴とするレーダ装置（１、２、３、４）。
　前記減衰部（３１、３３、３５）は、前記第１減衰層（４１）に積層され、かつ該第１減衰層とは異なる誘電率を有する材料で形成された第２減衰層（４２）を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置（１、２、３）。
　前記第２減衰層（４２）は、前記透過部（３２）を形成する材料と同じ材料によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置（１、２、３）。
　前記第２減衰層（４２）は、該第２減衰層内での前記レーダ波の波長の四分の一を２ｎ－１倍（但しｎは自然数）した厚さを有することを特徴とする請求項２または３に記載のレーダ装置（１、２、３）。
　前記減衰部（３５）は、前記第１減衰層（４１）と前記第２減衰層（４２）との間に積層され、導電性を有する材料で形成された第３減衰層（４７）を備えることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のレーダ装置（３）。
　前記レドーム（２４）は、前記アンテナの開口面を該アンテナ開口面の法線方向に投影した部位を前記透過部とし、該透過部の周囲に前記減衰部（３７）が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のレーダ装置（４）。
　前記レーダ装置は車両に搭載されたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のレーダ装置（４）。